Flujo Multifasico

Flujo multifásico horizontal:

Se define como el flujo simultáneo de gas libre, líquidos y sedimentos a través de un canal o tubería. El gas puede estar mezclado en forma homogénea con el líquido o puede coexistir formando un oleaje donde el gas empuja al líquido desde atrás o encima de él provocando, en algunos casos, crestas en la interfase gas-líquido; además, puede darse el caso, en el cual, el gas y el líquido se muevan en forma paralela, a la misma velocidad y sin perturbación relevante sobre la interfase gas-líquido.

Características del Flujo Multifásico.

Anteriormente se mencionó que el patrón de flujo bifásico depende tanto de la velocidad de cada fase como de las propiedades del fluido y, en consecuencia, estas variables se deben tomar en cuenta en el análisis del gradiente de presión, debido a que el estudio incluye una segunda fase y, en algunos casos, la fase líquida puede estar compuesta por dos líquidos inmiscibles, tal como agua y crudo. A estas condiciones, se definen las siguientes propiedades:

Factor de Entrampamiento del Líquido (liquid Houldup).HL

Se define como la fracción del volumen de un elemento de la tubería ocupado por el líquido en cualquier instante.

HL =(volumen del liquido en un elemente de tuberia)/(volumen del element de tuberia) (Ecu 2.1)

Este valor varia entre cero, cuando el fluido esta en fase gaseosa, y uno cuando la fase es líquida.

Para el cálculo de este factor es necesario conocer la densidad y viscosidad de la mezcla, la velocidad real de las fases y el coeficiente de transferencia de calor. Sin embargo, este valor puede cambiar en un elemento de tubería a otro y esta variación depende directamente del régimen que presente el flujo, es decir, cuando se tiene un patrón de flujo del tipo estratificado se va a tener la misma fracción de líquido en toda la tubería, si por el contrario, el patrón de flujo es de tipo tapón el HL cambia periódicamente y se tiene que tomar un promedio del valor.

El factor de entrampamiento puede medirse experimentalmente o por correlaciones empíricas que están en función de las propiedades del fluido, el régimen de flujo y el diámetro e inclinación de la tubería.

Por otro lado, el volumen relativo in-situ de líquido y gas es, algunas veces, expresado en términos de la fracción de volumen que ocupa el gas (Hg) en la tubería. La cual se calcula de la siguiente manera:

Hg=1 - HL (Ecu. 2.2)

B. Factor de Entrampamiento Líquido sin Resbalamiento (No slip liquid Holdup) λ L

Se define como la relación de volumen de líquido en un elemento de tubería que podría existir si el líquido y el gas viajaran a la misma velocidad (sin resbalamiento) dividido por el volumen del elemento de tubería. Esto se puede calcular directamente, si se conocen los valores de las tasas de flujo de líquido y gas, de la siguiente manera:

Ecuación 2.3: λL=QL/(QL+Qg)

Donde:

λL : Factor de Entrampamiento Líquido sin Resbalamiento, adimensional.

QL : Tasa de flujo del líquido, (pie3 / s ).

Qg : Tasa de flujo de gas, (pie3 / s ).

Es importante mencionar, que es la suma de las tasas de agua y crudo presentes en la mezcla. Por otra parte, el factor de entrampamiento sin resbalamiento del gas se calcula análogamente a la ecuación (2.2), la cual se expresa, en función de las tasas, como sigue:

λ_(g = 1-λ) = Q_g/(Q_L+Q_g ) (Ec. 2.4)

Velocidad superficial.

La mayoría de las correlaciones de flujo multifásico están basadas en una variable denominada velocidad superficial, la cual, esta definida como la velocidad que debería tener la fase de un fluido si éste fluyera a través de toda el área transversal de la tubería. Por ejemplo, para la fase gaseosa, la velocidad superficial se calcula como sigue:

V_sg=Q_g/A (Ec. 2.5)

Donde:

Vsg: Velocidad superficial del gas, ( pie / s). :

Qg Tasa de gas, (pie3).

A: Área transversal de la tubería, (pie2)

Sin embargo, el área real a través del cual el gas fluye en la tubería es reducida, por la presencia del factor de entrampamiento del líquido. Por consiguiente, la velocidad real del gas es:

V_g=Q_g/(A*H_g ) (Ec.2.6)

Donde:

Vg: Velocidad real del gas, ( pie / s). :

Hg Factor de entrampamiento del gas, adimensional.

La velocidad superficial y real del líquido se calculan de la misma manera, siendo respectivamente:

V_sL=Q_L/A (Ec. 2.7)

V_L=Q_L/(A*H_L ) (Ec.2.8)

Como HL y Hg son menores que uno, la velocidad real será mayor que la velocidad superficial de las fases.

La velocidad de la mezcla se puede calcular de la siguiente manera:

V_m=(Q_L 〖+Q〗_g)/A=V_sL+Vsg (Ec. 2.9)

Donde:

Vm: Velocidad de la mezcla, ( pie/s).

Por otra parte, la fase líquida y gaseosa pueden viajar a diferentes velocidades en la tubería y en consecuencia presentar deslizamiento entre las fases. Para evaluar el grado de deslizamiento se puede determinar la velocidad de deslizamiento (Vg), la cual esta definida como la diferencia entre la velocidad real del gas y el líquido y se expresa de la siguiente forma:

Vs=Vg – VL = V_Sg/H_g - V_sL/H_L (Ec. 2.10)

El factor de entrampamiento del líquido con deslizamiento (HL) o sin deslizamiento (λL) se puede determinar si se conocen las velocidades definidas previamente de la siguiente manera:

λL=V_sL/V_M

...